LABORATÓRIO DE ORGÂNICA II

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1 COLÉGIO META LABORATÓRIO DE ORGÂNICA II Prof. ABEL SCUPELITI ARTILHEIRO SÃO PAULO 2012

2 1 LABORATÓRIO DE QUÍMICA ORGÂNICA II EXPERIÊNCIA 1 OBTENÇÃO DE POLÍMEROS 1. OBJETIVO Este experimento tem como objetivo a obtenção de polímeros e o estudo de suas propriedades físicas. 2. INTRODUÇÃO Os polímeros são compostos químicos de elevada massa molecular, resultantes de reações químicas de polimerização. Tratam-se de macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). Os polímeros, em geral, podem ser divididos em duas classes: naturais e sintéticos. Os polímeros naturais são aqueles encontrados na natureza como os polissacarídios e as proteínas. Os polímeros sintéticos são aqueles que foram sintetizados pelo homem, ou seja, esses compostos não existem na natureza. 2.1 Polímeros sintéticos Os polímeros sintéticos são classificados basicamente em dois grupos: polímeros de adição e polímeros de condensação. Na polimerização de adição, as substâncias utilizadas na produção apresentam obrigatoriamente pelo menos uma dupla ligação entre os átomos de carbono. Durante a polimerização, ocorre a ruptura da ligação π e a formação de duas novas ligações simples. Dentre esses tipos de polímeros, pode-se citar: polietileno, polipropileno, poliestireno, policloreto de vinila (PVC), acetato de vinila, dentre outros. Polipropileno Poliestireno

3 2 A polimerização por adição ocorre em três etapas: iniciação, propagação e a terminação. A iniciação se dá quando espécies reativas são geradas no meio a partir do monômero como mostra a figura abaixo. Um iniciador (geralmente peróxido de bezoíla) é utilizado para gerar os radicais de carbono iniciais. Peróxido de benzoíla Radical fenila Processo de iniciação da polimerização por adição. Nesta reação, na presença de luz e calor, o peróxido de benzoíla se decompõe e gera um radical fenila. Esse radical provoca a quebra da dupla ligação do alceno e então a polimerização tem início. A segunda etapa consiste na etapa de propagação da cadeia. Nesta etapa, o núcleo reativo formado na iniciação se adiciona a uma molécula de monômero formando um novo núcleo reativo, de cadeia maior, e assim sucessivamente como mostra a figura abaixo. Esta é a fase de crescimento da macromolécula. Processo de propagação da polimerização por adição.

4 3 A terceira e última etapa corresponde à terminação. Nesta etapa a desativação de uma molécula em crescimento é conseguida de diferentes modos mas sempre acarreta a terminação do crescimento da macromolécula como mostra a figura abaixo. Processo de terminação da polimerização por adição. Os polímeros de condensação são formados geralmente pela reação entre dois monômeros diferentes, com a eliminação de algumas moléculas pequenas, como por exemplo, água. Neste tipo de polímero é necessária a existência de dois grupos funcionais diferentes para que ocorra a reação. Dentre esses tipos de polímeros, pode-se destacar: poliéster, poliamida, silicones, policarbonato, dentre outros. PET (politereftalato de etileno) 2.2 Polímeros termofixos e termoplásticos Os polímeros termofixos são plásticos cuja rigidez não se altera com a temperatura, ou seja, uma vez polimerizados não fundem-se mais. A determinadas temperaturas, polímeros termofixos se decompõe. São solidificados com aplicação do calor e não amolecem mais. Dentre estes compostos, pode-se citar: borracha vulcanizada, resina epóxi, dentre outros. Os polímeros termoplásticos são plásticos cuja rigidez se altera com a temperatura, ou seja, após polimerizados são passíveis de amolecer com o aumento de temperatura. Isso torna possível e fácil a reciclagem destes tipos de materiais bem como sua modelagem para

5 4 determinadas aplicações industriais. Dentre estes compostos, pode-se citar: polietileno, polipropileno, poliestireno, PVC, dentre outros. 2.3 Compósitos Um dos campos importantes de atuação da química na indústria é a criaçção de novos materiais sólidos a partir da combinação de outros dois ou mais de forma a melhorar suas propriedades. A partir disso, surgiram os compósitos: materiais formados pelas mistura de dois ou mais tipos de materiais de estruturas químicas diferentes, ou seja, a mistura, por exemplo, de fibras de polímeros na estrutura da cerâmica. A cerâmica é um material com propriedades importantes para o uso a que se destina, porém é frágil, quebrando-se facilmente. Misturando-se na estrutura da cerâmica fibras poliméricas, ela se torna bem menos quebradiça e coninua sendo muito resistente a altas temperaturas. 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1 Obtenção do polímero uréia-formol 1) Colocar 3 g de uréia em um tubo de ensaio. 2) Acrescentar 6 ml de formol, vagarosamente e sob agitação. Se a uréia não se dissolver completamente, acrescentar mais formol. 3) Forrar o béquer com uma folha de saco plástico deixando as pontas do saco para fora. 4) Transferir a solução do tubo de ensaio para o béquer forrado com o saco plástico. 5) Adicionar, gota a gota, o ácido clorídrico concentrado à solução do béquer, agitando com o bastão de vidro continuamente. Cessar a adição do ácido quando obtiver uma massa viscosa de aspecto leitoso. 6) Retirar o saco plástico contendo a massa preparada do béquer e deixar sobre o vidro de relógio. Não tocar na massa antes de lavá-la. 7) Verificar a dureza do material usando o bastão de vidro. Se estiver endurecido, lavá-lo em água corrente. 8) Observar o material obtido. 3.2 Obtenção do polímero reticulado a partir do PVA (álcool polivinílico) reticulado 1) Preparar uma solução de bórax (tetraborato de sódio) a 2%. 2) Preparar uma solução contendo 70% de cola que contém álcool polivinílico e 30% de água.

6 5 3) Tranferir para um béquer 50mL da solução de cola de PVA e adicionar lentamente sob agitação 10 ml da solução de bórax. 4) Agite com uma bagueta até a formação de uma massa homogênea. 5) Após a obtenção, deixa a mesma dentro do béquer por aproximadmanente 5 minutos. 6) Retire a massa do béquer e deixe sobre a tela de poliéster para secar. 7) Observar o material obtido. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4. 1 Características dos polímeros obtidos em 3.1 e Questionário 1) Cite algumas propriedades do plástico uréia-formol e do PVA reticulado analisando as observações. 2) O polímero formado, uréia-formol e o PVA reticulado, é termoplástico ou termofixo? Justifique. 3) Cite 3 aplicações industriais da resina uréia-formol e da resina de PVA (acetato de polivinila).

7 5. CONCLUSÃO 6

8 7 OBTENÇÃO DO PVA RETICULADO 1. ÁLCOOL POLIVINÍLICO E BÓRAX O poli(álcool vinilico), também conhecido por álcool polivinilico e cuja fórmula estrutural é [-CH 2 CHOH-]n, é um polímero hidrofílico, devido aos grupos hidroxila em sua estrutura, capaz de formar complexos por meio da transferência de cargas com ânions. Ele foi descoberto na Alemanha por. Fritz Klatte ( ) em Possui propriedades únicas tais como alta solubilidade em água e a capacidade de formar géis por condensação. Tais géis constituem uma barreira física ideal para o aprisionamento de enzimas. O álcool vinílico é um composto instável que se rearranja espontaneamente em acetaldeido. Portanto, o álcool polivinilico não pode também ser diretamente preparado. Primeiramente deve-se polimerizar o acetato de vinila em poli(acetato de vinila). O mesmo é então hidrolisado em poli(álcool vinílico). As colas líquidas brancas (cola tenaz ou cola escolar) e as colas amarelas (para madeira) são constituídas basicamente de uma mistura de álcool polivinílico e resina de acetato de polivinila. O Bórax (Na 2 B 4 O 7 10H 2 O), também conhecido como tetraborato de sódio é um composto importante do boro. Sofre hidrólise em meio aquoso, liberando íons borato (Figura 1). É utilizado na produção tecidos e madeiras à prova de fogo, vidro e bactericidas caseiros. FIGURA 1 Reação de hidrólise do tetraborato de sódio. 2. PROCESSOS DE TRANSFORMAÇÃO Reticulação é um método físico-químico de transformação de polímeros. Ocorre para manter duas ou mais cadeias poliméricas unidas por meio da criação de uma ponte de átomos entre elas, ligados por ligação covalente. Ela evita deformação permanente e confere características distintas ao material como mostra a Figura 2.

9 8 FIGURA 2 Estrutura do material em suas várias formas. A reticulação é um método de produção dos hidrogéis, que são polímeros com elevada capacidade de absorção de água. Quando um hidrogel é submerso em água, as moléculas de água juntam-se à matriz do polímero, causando seu enchimento. Representam um estado intermediário entre o estado sólido e o líquido, entretanto, são considerados sólidos elásticos. Para a obtenção de hidrogéis de PVA um íon muito interessante é o íon borato. Acredita-se que o mecanismo da reação de complexação do íon borato com o PVA seja a complexação didiol, formada por duas unidades de diol e um íon borato. Por protólise os 10 ânions boratos são convertidos em B(OH) - 4, que podem então reagir com o PVA, formando um gel termoreversível. O mecanismo de complexação do sistema PVA/borato pode ser dividido em duas reações, como é descrito na figura 3. Sol-gel é um processo para produzir sensores para aplicações analíticas. Consiste numa rota de síntese de materiais onde num determinado momento ocorre uma transição de um sistema líquido sol para um líquido gel. Sol é um termo usado para definir uma dispersão coloidal estável num fluído e gel é um sistema formado pela estrutura rígida de partículas coloidais ou de cadeias poliméricas. A gelatinização pode também ocorrer pela interação entre longas cadeias poliméricas.

10 9 FIGURA 3 Complexação do sistema borato/pva. 3. APLICAÇÕES Muitas idéias surgem utilizando processos de polimerização para a criação de novos produtos com maior tecnologia, sobretudo buscando produtos que poluem menos e que possam ser reaproveitados, este que é o ideal do século. No Brasil já existe o projeto de produção de plástico biodegradável com a utilização da cana de açúcar. Esse desenvolvimento teve início em 1992, com os estudos de fermentação realizados pelo IPT2 objetivando a produção de um polímero biodegradável, o polihidroxibutirato (PHB) e o seu co-polímero polihidroxibutirato/valerato (PHB-HV).O plástico biodegradável em questão é composto basicamente por carbono, oxigênio e hidrogênio. Inúmeros são os produtos obtidos a partir do álcool polivinílico como podemos citar: fibras, mantas, membranas, filmes, fabricação de adesivos, revestimento de papéis, estabilizantes para polimerizações, lentes de contato e componentes artificiais do organismo. Sobretudo, destacam-se entre as diversas aplicações do PVA no estado reticulado a fabricação de hidrogéis, e por meio destes, a construção de sistemas de liberação de fármacos e biossensores. Esses sistemas liberam os fármacos em um ambiente específico do organismo por determinado período de tempo. Aprimoram a segurança, a eficácia e a confiabilidade da terapia com fármacos, pois a grande maioria dos fármacos é liberada logo após a administração, causando rápida elevação do mesmo no organismo, para que depois decline

11 10 também rapidamente. O sistema é baseado em hidrogéis, que por sua natureza macia, minimiza irritações mecânicas, evitando dores e infecções. Os biossensores para determinação de colesterol são ótimas alternativas comparandose com os meios tradicionais. Possuem alta estabilidade operacional, resposta rápida e baixo custo. É sintetizado pelo método sol-gel. O método tradicional é baseado em espectrofotometria na região dos UV/Vis, que envolve procedimentos complicados e grande quantidade de enzima. Por estes e tantos outros exemplos, é de grande importância o estudo e a compreensão do funcionamento das estruturas de polímeros, que podem e devem avançar muito mais, e proporcionar novas alternativas de biotecnologias para o futuro.